RANCANG BANGUN DENSITOMETER BERBASIS ARDUINO UNTUK PEMBACAAN FILM RADIOGRAFI

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN DENSITOMETER BERBASIS ARDUINO UNTUK PEMBACAAN FILM RADIOGRAFI Nugroho Tri Sanyoto 1 *, Dwi Lestari 1, Surakhman 1 1 Program Studi Elektronika Instrumentasi, Jurusan Teknofisika Nuklir Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, BATAN Jalan Babarsari PO BOX 6101 YKBB Yogyakarta *trisanyotonugroho@yahoo.co.id. Abstrak RANCANG BANGUN DENSITOMETER BERBASIS ARDUINO UNTUK PEMBACAAN FILM RADIOGRAFI. Telah dibuat alat pengukur densitas film radiografi berbasis Arduino. Penelitian ini bertujuan untuk membuat densitometer sebagai alat pembaca densitas film radiografi berbasis Arduino yang dapat menampilkan nilai pengukuran dan menampilkan film memenuhi atau tidak memenuhi Standart ASME V Boiler and Pressure Vessel Code Prinsip kerja densitometer ini yaitu densitas film dideteksi oleh sensor photodioda dan dikondisikan oleh pengkondisi sinyal menggunakan Op-Amp LM324 kemudian dikonversi ke digital oleh ADC yang ada pada Arduino untuk diolah dan kemudian nilai densitas ditampilkan dalam 7 segment sedangkan status film diterima atau ditolak akan ditampilkan ke LCD 16 x 2. Densitometer berbasis Arduino ini memperlihatkan kesalahan rata-rata pengukuran sebesar 0,1783 yang disebabkan oleh ketidaksensitifitasan dari sensor yang digunakan. Kata kunci : Arduino, Densitometer, Photodioda. 1. PENDAHULUAN Uji tak rusak dengan metode radiography test adalah suatu cara untuk menganalisis cacat suatu bahan baik berupa lasan, maupun hasil cetakan, dengan memanfaatkan sifat-sifat khusus sumber radiasi. Salah satu sifat radiasi adalah kemampuan menembus bahan atau material sehingga pengujian yang dilakukan tidak mengubah atau tidak merusak bahan yang diuji dan hasil pengujiannya dapat direkam sebagai dokumen dalam bentuk film. Hasil rekaman dapat digunakan untuk menentukan bentuk, ukuran dan lokasi cacat. Secara kualitatif densitas film radiografi menunjukkan tingkat kehitaman film setelah diproses. Film dengan tingkat kehitaman lebih gelap dikatakan memiliki densitas yang lebih tinggi. Tingkat kehitaman film dapat diukur dengan film pembanding atau menggunakan alat ukur elekronik yang disebut densitometer (Pusdiklat, 2001). Pada penelitian ini, dilakukan perancangan dan membangun densitometer berbasis Arduino dengan menggunakan sensor photodioda. Densitometer yang dibuat dilengkapi dengan penampil status film memenuhi / tidak memenuhi berdasarkan dari nilai pengukurannya. Keputusan film memenuhi atau tidak memenuhi ini berdasarkan pada ketentuan Standard ASME Section V Boiler and Pressure Vessel Code 2004 (ASME 2004)yaitu untuk film pada hasil penyinaran dengan sumber sinar-x adalah 1,8 dan sinar gamma adalah 2. Densitometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tingkat kehitaman suatu titik pada sebuah film radiografi. Densitometer sangat diperlukan untuk menghasilkan citra radiografi yang berkualitas baik. 2. METODOLOGI Metode penelitian ini meliputi perancangan perangkat keras, perangkat lunak dan pengujian, Pada Gambar 1 adalah blok diagram densitometer serta penjelasan tentang prinsip kerja alat. Blok diagram perangkat keras terdiri dari berbagai komponen dan perangkat yang mendukung unjuk kerja alat tersebut, antara lain photodiode, pengkondisi signal, arduino, saklar serta dua penampil yaitu LCD dan tiga buah seven segmen. 399

2 Gambar 1. Blok Diagram Perangkat Keras Prinsip kerja dari densitometer yang dibuat adalah dari lampu LED yang menembus film radiografi ditangkap oleh sensor photodioda, tegangan yang terbentuk pada rangkaian keluaran rangkaian photodioda dikondisikan oleh rangkaian pengkondisi sinyal, sehingga memenuhi tegangan input yang sesuai dengan tegangan skala penuh ADC pada Arduino. Tegangan analog dari pengkonsisi sinyal dikonversikan ke dalam bentuk digital oleh ADC, selanjutnya data tegangan dalam bentuk data digital tersebut dikonversi menjadi data densitas oleh mikrokontroller pada Arduino. Data densitas tersebut selanjutnya ditampilkan dalam LCD 16x2 dan 7 segment. Pada penampil LCD 16x2 ditampilkan hasil pengukuran film radiografi memenuhi atau tidak memenuhi, sedangkan pada 7 segment ditampilkan angka hasil pengukuran densitas film radiografi. Dari data sheet Arduino, diketahui bahwa ADC pada arduino mempunyai resolusi 10 bit dan mempunyai jangkauan masukan analog untuk tegangan reverensi 5V adalah 0V 5V Densitas Film Densitas film adalah keseluruhan derajat kehitaman pada film radiografi yang telah mengalami proses pencucian ditunjukkan dengan angka dari1 sampai dengan 14. Densitas film didapatkan dari proses radiografi yang digambarkan dalam Film radiografi Gambar 2 adalah film Agta Gambar 2. Film Agta 2.2. Photodioda Photodioda adalah komponen elektronika yang merupakan jenis dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya. Meskipun merupakan jenis dioda, tetapi cara kerjanya berbeda dengan dioda biasa. Photodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan p-n yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Konstruksi photodioda silicon mirip dengan dioda yang biasa digunakan untuk penyearah arus bolak balik. Pertemuan PN dibentuk dengan mendifusikan bahan impurity tipe P (anoda) seperti Boron, kedalam bahan tipe N. Pada daerah pertemuan PN adalah daerah aktif photodioda yang disebut depletion layer. Photodioda akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Komponen elektronika ini mampu mendeteksi bermacam-macam jenis cahaya yaitu mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra violet sampai dengan Sinar-X. Karena photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka cahaya yang diserap oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan masuk ke pita konduksi maka elektron-elektron akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negative sumber tegangan 400

3 sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan electron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang diserap oleh photodiode. Gambar 3.Menunjukkan simbol dari komponen photodioda. Gambar 3. Simbol Photodioda (www. edukasielektronika.com) 2.3. Arduino Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memori mikrokontroler. Software yang digunakan untuk pemrograman Arduino adalah Arduino IDE (Kadir,A 2013). Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian utama, yaitu hardware dan software. HardwareArduino Hardware pada Arduino berupa board input/output (I/O). Pada Gambar 4 menampilkan bloksecara garis besarnya. Gambar 4. Blok Arduino 2.4. Pengkondisi sinyal Pengkondisi sinyal adalah rangkaian untuk mengkondisikan suatu sinyal masukan agar diperoleh suatu sinya l keluaran yang nilainya sesuai dengan jangkau yang dikehendaki. IC OP- AMP LM324 merupakan IC penguat operasi yang memiliki 2 buah penguat operasi yang telah menyatu dalan IC tersebut. Pada penelitian ini digunakan Op-Amp LM324, keuntungan Op Amp ini hanya membutuhkan suplai tunggal dan dapat dibuat dua jenis rangkaian dalam satu IC dengan menambahkan beberapa komponen seperti resistor di luarnya. Gambar 5 merupakan konfigurasi dari IC LM324 (Malvino albert 1979). Gambar 5. Pengkondisi sinyal dengan IC LM Liquid Crystal Display (LCD) LCD adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Modul display LCD tersusun dari dot matrix LCD controller, segment driver, serta LCD panel. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alat alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar computer. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan 401

4 digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : 1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. 2. Mempunyai 192 karakter tersimpan. 3. Terdapat karakter generator terprogram. 4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit. 5. Dilengkapi dengan back light Display 7 Segment Display 7 segment adalah komponen elektronika yang dapat menampilkan angka desimal melalui kombinasi-kombinasi segmennya. Pada display 7 segment juga dilengkapi karakter titik (dot) yang sering dibutuhkan untuk karakter koma atau titik pada saat menampilkan suatu bilangan. Display 7 segment terdiri dari 7 penampil karakter yang disusun dalam sebuah kemasan sehingga dapat menampilkan karakter angka dan karakter huruf Pembuatan perangkat lunak Diagram alir pembuatan perangkat lunak digambarkan seperti pada Gambar 6. Gambar 6. Flowchart pembuatan perangkat lunak 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar perancangan perangkat keras berupa rangkaian elektronika secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 7. Gambar 7. Rangkaian elektronik 402

5 3.1. Bentuk Fisik Densitometer Hasil dari perancangan densitometer pada penelitian memiliki ukuran panjang sebesar 23,5 cm, lebar 12 cm, tinggi bagian depan 6cm dan tinggi bagian belakang 12 cm. Densitometer hasil perancangan ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar 8. Densitometer Hasil Perancangan Bagian-bagian pada Gambar 8 dijelaskan sebagai berikut: 1. 7 Segment 5. Switch pilihan mode 2. LCD 6. Celah 3. Lengan untuk cahaya 7. Switch ON/OFF 4. Dudukan 8. Sensor 3.2. Pengujian Sensor Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja sensor photodioda yang digunakan. Pengujian dilakukan dengan cara mengukur tegangan keluaran sensor dengan resistansi umpan balik 5 MΩ dan tegangan reverse photodioda 5V pada tiap tingkat densitas yang berbeda dengan menggunakan Structurix Certified Denstep ID.NR: dan multimeter SanwaYX360TRF. Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1 dan Gambar 8. Berdasarkan hasil pengujian bahwa respon dari sensor photodida tidak linier pada intensitas cahaya sangat kecil dan pada intensitas cahaya sangat besar. Hal ini sesuai dengan teori yaitu ketidaklinieran penururan yang sangat tajam pada daerah tersebut. 403

6 Gambar 9. Respon Sensor Pada Rangakaian Densitometer 3.3. Pengujian Pengkondisi Sinyal Pengujian pada rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran. Hasil dari pengujian tersebut disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1. Pengujian Pengkondisi Sinyal Tegangan Masukan (Vin) Tegangan Keluaran (Vout) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,03 0,03 0,065 0,075 0,2 0,25 0,4 0,6 1 1,4 2,4 2, Pengujian ADC Pada pengujian ADC (Analog To Digital Converter) ditunjukkan grafik hubungan antara nilai tegangan masukan analog dan nilai keluaran digital yang ditunjukkan pada Gambar

7 Gambar 10. Grafik pengujian pada ADC 3.5. Pengujian Densitometer yang dibuat Pengujian densitometer dengan menggunakan film standar Structurix Certified Denstep dilakukan dengan 4 kali pengukuran. Pada tahap pengujian ini dilakukan juga dengan membandingkan antara pengukuran dengan densitometer yang dibuat dengan densitometer merek X-Rite 301yang dimiliki STTN-BATAN. Dari hasil pengukuran dapat diketahui bahwa hasil pengukuran densitas film standar dengan densitometer yang dibuat memiliki kesalahan 17,83% sedangkan jika film standar diukur dengan densitometer merek X-Rite 301 diperoleh kesalahan 5,69%. Kesalahan yang terjadi pada pengukuran dengan densitometer yang dibuat ini dikarenan respon dari sensor yang dipakai kurang sensitif terhadap perubahan intensitas cahaya. Hal ini dibuktikan dengan pengujian pada rangkaian sensor seperti data pada Gambar 10 Hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2 Hasil pengujian simulasi pencarian sumber radiasi D X-RITE Rerata NO.STEP U1 U2 U3 U4 error U error X FILM 301 U Rerata E Dengan, D FILM = Densitas Film Standar RerataU = Rerata hasil pengukuran dengan densitometer yang dibuat U1,U2,U3,U4 = Hasil pengukuran dengan densitometer yang dibuat. Error U = Error densitometer yang dibuat terhadap densitas film standar. Error X = Error densitometer yang dibuat terhadap densitometer merek X-Rite

8 4. KESIMPULAN Berdasarkan perancangan, pembuatan dan pengujian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa, telah berhasil dirancangbangun alat pengukur densitas film radiografi dengan menggunakan 2 (dua) penampil yaitu LCD dan 7 segment yang berbasis Arduino dengan tingkat kesalahan rata-rata pengukuran alat sebesar 0,1783. Tingkat kesalahan ini disebabkan oleh ketidaksensitifitasan dari sensor photodioda yang digunakan. DAFTAR PUSTAKA American Society of Mechanical Engineer (ASME) Section V 2004, Boiler and Pressure Vessel Code. Ahmad sudin, dkk Studi pengaruh ukuran pixel imaging pale terhadap kualitas citra radiografi. Jurnal ilmiah fisika vol 18 no 3 juli 2015 hal Ahmad sudin, Zaenul muslimindan hendri widiyandari Jurnal ilmiah fisika vol 18 no3 juli 2015 hal Undip Kadir A., Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino. Yogyakarta: ANDI. Lestari T., Rancang Bangun Densitometer Portabel Digital Model TC52 Untuk Radiografi [Tugas Akhir]. STTN-BATAN. Yogyakarta Tim Pusdiklat Diklat Radiografi Level 1. BATAN. Jakarta Malvino Albert P., Electronic Principle (2 nd ed). California 406